基于内翻复合材料管的冲击吸能器特性研究

付 怡， 于哲峰， 陈保兴

(1.上海交通大学 航空航天学院，上海 200240； 2.中国商飞上海飞机设计研究院，上海 201210)

现代商用飞机机身防撞结构[1]、车辆防撞梁结构[2]多使用金属材料，冲击破坏所产生的能量通常通过塑性变形吸收，受金属材料本身的限制，吸收的能量与结构重量之比较小。

复合材料具有优良的能量吸收和耐撞性能，近年来，引起了一系列行业的关注，其中包括汽车和航空航天行业。研究人员对各种类型的管状结构进行了广泛的测试，表明复合材料可以提供非常高的比吸能(Specific Energy Absorption，SEA)[3-4]，即复合材料吸收的能量与结构重量之比。近年有复合材料薄壁管截面形状对碰撞吸能影响的研究，如方形管[5]，圆形管件[6-7]，从能量吸收能力的角度来看，发现在轴向压缩时圆形管是最好的构件。因此圆形管件是能量吸收系统中最常用的组件[8]。

复合材料管材的破坏形式对提高材料利用率有很大影响。Johnson等[9-11]研究了管材翻转的特性，管的翻转受限于模具半径。如果模具半径太小，将使管发生渐进屈曲，如果半径大于一些限制值，管将会破裂开。

复合材料已经较为广泛使用在飞机机身下部防撞结构[12]、直升机防撞座椅[13]、车辆防撞梁等结构上。如前所述，复合材料的优势在于吸收的能量与结构重量之比(称为比吸能，即SEA)大，因此在吸能相同的情况下，结构重量更轻。在复合材料自身性能不断提升的同时，近年有研究人员在进行破坏引发机制方面[14]的研究，从另一个角度来提升复合材料吸能器的吸能性能。……